专利名称：：净化酸性气体的方法
技术领域：
：本发明是一种从混合气体中脱除酸性气体的方法，亦称HSD法，更确切地说，本发明是采用叔胺和(或)双叔胺烷基衍生物与一些特定的酯类，如磷酸三丁酯、碳酸丙烯酯或能改变上述衍生物物理特性的相关物质，所组成的混合溶剂作为物理吸收剂，也可以与热的无机碱如K2CO3与相关的物质组成化学吸收剂。用来脱除天然气、合成气、炼厂气及城市煤气中的酸性气体和其它一些杂质的方法。吸收剂一般有三大类，即化学吸收剂、物理吸收剂以及物理化学吸收剂。化学吸收剂是通过与酸性气体进行化学反应而达到吸收的目的，这类方法一般不受操作压力的限制，对CO2等酸性气体净化度高，但它们通常对杂质的适应性小，溶剂解吸时所需的能量大。例如美国专利2886405就是在热的碳酸钾水溶液中加入二乙醇胺作催化剂，钒作防腐剂的一种化学吸收剂。而物理化学法是用两种以上溶剂的混合物，它既有化学反应过程，又有物理吸脱过程。例如二异丙醇胺与环丁砜的混合物脱碳方法就是其中的一种。物理溶剂法是采用极性的有机溶剂作为脱除剂。例如美国专利2649166和2926751，前者采用的是聚乙二醇二甲醚的混合溶剂，后者采用的是碳酸丙烯酯作为物理吸收剂来脱除气流中的酸性杂质。物理溶剂一般是依据有机溶剂的极性性能来吸收酸性杂质，它们之间不发生化学反应因而溶剂在解吸时所需能量极少，同时，物理溶剂不存在化学平衡状态，吸收酸性杂质的容量与其分压成正比增加。目前已被工业上应用的众多物理溶剂方法皆不尽人意，或者要在低温下才能充分显示其经济效益，工艺流程复杂、设备费用大，或者溶剂有毒、价格昂贵，或者溶剂损耗大，对H2S选择性不好，使其应用范围受到了限制。本发明的任务之一是给出一个稳定性能好、对酸性气体容量大、净化度高、无毒、无腐蚀、蒸汽压极低、溶剂易得便宜的混合溶剂并与之相匹配的流程简易，解吸时无需耗能或耗能极低的物理净化方法。同时，本发明也给出了比Benfield方法能耗低15%以上的更有效的化学吸收方法。作为物理吸收溶剂，本发明所用的溶剂可以由5-85%吗啉基羟乙基聚乙基醚和(或)双吗啉基聚乙基醚，其中聚乙基醚的聚合度为1、2、3或4，或由甘醇制吗啉的高沸点付产物，与0.5-90%特定的酯类如磷酸三丁酯或碳酸丙烯酯，和0-50%的水以及0-0.1克分子/升诸如磷酸，哌嗪一类的活化剂所组成。作为化学吸收剂，本发明是将0.1-10%的吗啉基羟乙基聚乙基醚，和(或)双吗啉基聚乙基醚加入诸如Benfield、Catacarb等方法的溶剂中，或替代上述方法溶液中的二乙醇胺组分。本发明所采用的工艺流程及主要设备，对于化学溶剂采用通用的化学吸收工艺过程，如Catacarb法的流程及主要设备。应用本发明物理溶剂脱除酸性杂质时，则推荐采用图1或图2的流程。附图中图1说明，由管1来的经加压的含CO2等酸性气体进入脱碳塔2的下部，与由塔顶喷淋的溶剂于常温或小于常温在填充层中逆流接触，视其气液比、吸收压力、溶剂再生程度，可使H2S从小于3.5克/标米3脱至0.15-20毫克/标米3，COS从20-200毫米/标米3脱至0.2-5毫克/标米3，CO2可脱至0.1-1.5%，气体上升至塔顶，由管3排出，即为产品气。吸收了酸性气体的溶剂，称之富液，由管4导入中间闪蒸器5中减压闪蒸，将溶解在溶剂中的大部分有用气体释放出，从管6排出，回入管1或作其它用途。闪蒸后的溶剂依次导入常压闪蒸器7和汽提塔9，从管8排出的为高浓度CO2气体，而从管10排出的，是由管11进入的常温常压惰性气体(可以是空气、氮气)，在汽提塔填充物中将溶剂中的酸性气体汽提出一并排出的混合气体，由塔9下部排出的溶剂称为贫液，导入溶剂贮槽12，再由泵13经冷却器14打入吸收塔2顶部，如此往复循环。由于本发明的溶剂蒸汽压极低，因此可不设置类似碳酸丙烯酯工艺中的稀液回收系统。附图中的图2是采用予脱硫再脱碳流程。它适合于气体中含高H2S的场合。由管1来的经加压的含H2S大于3.5克/标米3，及CO2、COS等酸性物质的气体，送入予脱硫塔2的下部，与由塔顶喷淋的HSD溶剂于常温下在填充层中逆流接触，将H2S的脱至3-20毫克/标米3，CO2脱除率为30%左右后，气体由塔顶排出，称为脱硫气，由管3导入脱碳塔14。气体入脱碳系统的走向及流程与图1相同。吸收了H2S等酸性气体的溶剂，从脱硫塔2底部由管4进入中间闪蒸器5中减压闪蒸，将溶剂中的有用气体释放后由管6排出而加以回收。闪蒸后的溶剂进入热交换器12与热贫液热交换后由管7进入脱硫再生塔8上部，与由煮沸器10产生的二次蒸汽在填充层逆流接触，将酸性气体汽提后，由塔顶排出。酸性气体经冷凝器9冷却分离，将溶剂回入再生塔8中。再生塔底部排出的溶剂称为贫液，由泵11打入热交换器12中换热，再经水冷却器13，将溶剂温度降至40℃以下进入脱硫塔2的上部，如此往复循环。为了更进一步地阐述本工艺，提供本方法(HSD)的物理溶剂与碳酸丙烯酯(PC)及聚乙二醇二甲醚(Selexol)在相同条件的一些结果比较。表1列出的是上述三种溶剂对CO2等酸性气体的吸收能力的相对比较。表1HSD、PC、Selexol溶剂对几种气体在其分压为1大气压时的相对溶解能力。表2列出的是前述三种物理溶剂吸收CO2的溶解热的相对比较。表2CO2溶解在HSD、PC、Selexol溶剂中的相对吸收热。</tables>将本方法物理过程的溶剂的蒸汽压与PC溶剂蒸汽压相对比较于表3。表3HSD与PC蒸汽压相对比较表</tables>本发明所采用的物理溶剂脱除H2S能力与聚乙二醇二甲醚法相似，而脱除CO2能力比碳酸丙烯酯溶剂还好一些，溶剂蒸汽压在脱碳时仅为碳酸丙烯酯的1/5，作为物理过程配方的HSD工艺可不设置气相溶剂回收系统，这样就使流程简化，设备费用显著减少。本技术尤适合对碳酸丙烯酯工艺的改造，仅在该工艺溶剂中加入本发明的其它组分，就可使碳酸丙烯酯的溶剂损耗降到原有气相损耗的1/5，同时又提高脱除CO2及硫化物的能力。为进一步说明本发明的过程，应用本发明的物理溶剂，对于以白煤为原料，制合成氨原料气的同时脱除H2S和CO2及对上述变换气脱除CO2和少量H2S的实例，列于表4。权利要求1.一种脱除气流中酸性组份的工艺技术，其特征是采用叔胺或双叔胺烷基衍生物如吗啉基羟乙基聚乙基醚和(或)双吗啉基聚乙基醚，其中聚乙基醚的聚合度为1、2、3或4，或由甘醇生产吗啉的高沸点付产物的5-85%与0.5-90%的特定的酯类，如磷酸三丁酯或碳酸丙烯酯，和0-50%的水以及0-0.1克分子/升的活化剂所组成的混合溶剂。2.本专利将权项1中所采用的吗啉基聚乙基醚和(或)双吗啉基聚乙基醚的0.1-10%加入诸如Benfield、Catacarb方法的溶液中，或替代它们溶液中的二乙醇胺组份。3.本发明溶剂的蒸汽压在相同工况下，不足碳酸丙烯酯溶剂蒸汽压的1/5，根据权项1采用的溶剂配方，和在物理模式的脱除工艺中，可不设置气态溶剂回收装置。4.根据权项1和相应的工艺，本发明可将CO2脱至0.1-1%，H2S最小脱至0.15毫克/标米3，COS脱至0.2毫克/标米3。5.本技术尤适合对现有碳酸丙烯酯工艺的改造，在碳酸丙烯酯工艺的溶剂里，加入权项1中的相关组份，即为本专利的HSD方法。全文摘要HSD净化酸性气体技术特征之一，是采用叔胺和双叔胺基衍生物和特定的酯类等物质所组成的混合溶剂，以物理方式，采用最简易的流程，达到脱除气流中酸性组分的目的。本技术吸收H本发明的另一特征是将叔胺和双叔胺基衍生物加入诸如Benfield等方法的溶剂中，可节省能耗15％以上。文档编号B01D53/14GK1056259SQ9010565公开日1991年11月20日申请日期1990年4月28日优先权日1990年4月28日发明者韩兆保申请人:南京化学工业公司研究院